专利名称：超高频谐振腔连续测量松散物粒流量的方法
技术领域：
本发明为微波技术在电子秤上的应用，具体是一种使用超高频谐振腔对松散物料(介质)的流量进行连续测量的方法。
背景技术：
目前，卷烟生产上对烟丝或烟梗流量的测量一般都是采用电子秤进行。该方法测量稳定性差、不易调整、维护和维修工作量大。最近，又报道了两种连续测量松散物料流量的方法核子秤法和公开号为CN118534A的中国专利文件所述的方法。核子秤法的主要缺点是有微量核辐射。CN118534A所述的方法将物料分为主通道和辅通道，用杠杆秤在辅通道上测量物料重量，是一种接触式测量，由于样本与母体之间的离差在测量中始终存在，降低了测量的精度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的弱点，提供一种无核辐射，测量稳定性好、精度高的无接触式测量方法，即用超高频谐振腔连续测量松散物料(介质)流量的方法。
由电磁场理论可知，图1所示圆柱形金属谐振腔1内TMmnp模的场分布和谐振频率分别为Ez＝2E0Jm(kcr)cos mcos βzejωt Hz＝0 fmnp=cϵrμr12π((pπl)2+(xmna)2)]]>kc=xnmam=0,1,2…n=0,1,2…]]>上式中xmn为m阶贝塞尔函数Jm(x)的第n个根；m、n和p分别为电磁场沿柱坐标系φ、r和z轴变化的半波数；fmnp为圆柱形金属谐振腔的谐振频率；μr为腔内介质的相对磁导率；εr为腔内介质的相对介电常数；L为圆柱形金属谐振腔的高度；a为圆柱形金属谐振腔的半径。选择圆柱形金属谐振腔的主模模式TM010，可满足设计要求。
若在图1所示金属腔上开一个园孔，园孔内插入介质管，且在介质管内放入松散物料，如烟丝或烟梗。由于介质管内的松散物料是水、空气间隙和烟丝或烟梗的混合物，松散物料等效相对介电常数为εr，且ϵr=Σiϵriαi=ϵr1α1+ϵr2α2+ϵr3α3]]>上式中εr1、εr2和εr3分别为水、空气间隙和烟丝或烟梗的相对介电常数；α1、α2和α3分别为水、空气间隙和烟丝或烟梗的体积百分比。
理论分析表明圆柱形金属谐振腔1的主模TM010的谐振频率为f0=2.405c2πa]]>上式中c为光速；a为圆柱形金属谐振腔的半径。若在圆柱形金属谐振腔上开一个园孔，并在园孔内插入填充满松散物料(如烟丝或烟梗)的介质管，见图2所示。由谐振腔的微扰理论知，与空谐振腔比较，此时谐振腔的谐振频率变化为Δf，且Δff0+Δf=-∫∫∫Δv(ΔϵEE0*+ΔμHH0*)dv∫∫∫v(ϵEE0*+μHH0*)dv]]>上式中Δv为圆柱形金属谐振腔内介质管和松散物料的体积；微扰后谐振腔内的电磁场为E和H，谐振腔内的介电常数和磁导率变化分别为Δε和Δμ；谐振腔内剩余空间的体积为v；微扰前谐振腔内的电磁场为E0*和H0*，谐振腔内的介电常数和磁导率分别为ε和μ。即圆柱形金属谐振腔的谐振频率f(＝f0+Δf)随腔内松散物料等效相对介电常数εr的增加而减小。
实验结果如下在图2所示的实验条件下，用美国安捷伦公司生产的射频网络分析仪8712ET测量结果表明，金属腔园孔内插入空介质管时，圆柱形金属谐振腔的谐振频率f0＝250Mhz；介质管内填充松散物料(烟丝体积占介质管内体积约60％，空气间隙体积约40％，烟丝含水量12％)后，谐振腔谐振频率为f＝244Mhz，即谐振腔谐振频率变化(Δf)范围等于6Mhz，实验结果见图3所示；烟丝体积占介质管内体积比变化或烟丝含水量变化时，谐振腔谐振频率亦发生变化。即松散物料及其成份比例和含水量的变化对应于谐振腔谐振频率f的变化，与理论结果一致。
另一方面，在松散物料的体积一定时，经过实验测量后证明松散物料的重量对应于松散物料、水和空气间隙的体积百分比。故圆柱形金属谐振腔1谐振频率f的变化对应于松散物料的重量变化，校准定标后即可用于测量松散物料的重量。再增加一只实时连续测量松散物料流速的速度传感器，即可连续测量松散物料(介质)的流量。校准定标过程如下静态时，对不同烟丝或烟梗、不同填充密度及不同含水量时谐振腔的频偏Δf进行测量，列表存入计算机，完成定标校准过程；动态连续测量时，在取样时刻计算机从RS-232口读出物料流经谐振腔时的谐振频率的频偏Δf，经查表等处理后即知该时刻介质管内烟丝或烟梗的重量。
本发明方法如下1、中间开孔的圆柱形金属谐振腔内设置一中空介质管，介质管外设有速度传感器，2、事先对不同物料、不同填充密度及不同含水量时谐振腔的频偏Δf进行测量，列表存入计算机，完成定标校准过程；3、使松散物料连续流过中空介质管，在取样时刻从计算机读出物料流经谐振腔时的频偏Δf，经查表等处理后即知该时刻介质管内松散物料的重量。
根据上面的方法，本专业的普通技术人员就可以实施本发明技术，实现发明目的。
本发明的优点与电子秤比较，本发明测量稳定性好、易调整、免维护；与核子秤比较，本发明无核辐射；与公开号为CN118534A的发明专利介绍的方法比较，本发明是一种无接触式测量，测量稳定性好、易调整、免维护，测量精度高(优于千分之五)。
图1为圆柱形金属谐振腔及其坐标系。
图2为内设置一中空介质管的圆柱形金属谐振腔。
图3为在图2所示的实验条件下的测量结果图4实施例中的装置结构示意图。
图5实施例中的电路框图。
具体实施例方式
见图4和5，为一用超高频谐振腔连续测量烟丝或烟梗流量的方法实施例。圆柱形金属谐振腔3的高度为200mm，半径为450mm，材质是不锈钢。中空介质管4的长度为900mm，内径为140mm，壁厚为10mm，材质是PVC管。速度传感器5为微波多普勒速度传感器。磁偶合环6为半径50mm的园形环，用直径为3mm的铜线绕制。图4中空心箭头表示测量时烟丝或烟梗的流动方向。
该实施例中，超高频谐振电路含有超高频谐振腔，高性能滤波器，放大器，自动增益控制器和自动移相控制器。
以上实施例仅对发明做进一步的说明，而本发明的范围不受所举实施例的局限。
权利要求
1.一种超高频谐振腔连续测量松散物料流量的方法，其特征是(1)中间开孔的圆柱形金属谐振腔内设置一中空介质管，介质管外设有速度传感器，(2)事先对不同物料、不同填充密度及不同含水量时谐振腔的频偏Δf进行测量，列表存入计算机，完成定标校准过程，(3)使松散物料连续流过中空介质管，在取样时刻从计算机读出物料流经谐振腔时的频偏Δf，经查表等处理后即知该时刻介质管内松散物料的重量。
2.如权利要求1所说的方法，其特征是所说的松散物料为烟丝或烟梗。
3.如权利要求1所说的方法，其特征是从计算机RS-232口读出物料流经谐振腔时的谐振频率的频偏Δf。
4.如权利要求1所说的方法，其特征是速度传感器为微波多普勒速度传感器。
5.如权利要求1所说的方法，其特征是超高频谐振电路含有超高频谐振腔，高性能滤波器，放大器，自动增益控制器和自动移相控制器。
6.如权利要求1所说的方法，其特征是中空介质管为PVC管。
全文摘要
本发明为微波技术在电子秤上的应用，具体是一种使用超高频谐振腔对松散物料(介质)的流量进行连续测量的方法。中间开孔的圆柱形金属谐振腔内设置一中空介质管，介质管外设有速度传感器，事先对不同物料、不同填充密度及不同含水量时谐振腔的频偏Δf进行测量，列表存入计算机，完成定标校准过程使松散物料连续流过中空介质管，在取样时刻从计算机读出物料流经谐振腔时的频偏Δf，经查表等处理后即知该时刻介质管内松散物料的重量。本发明方法测量稳定性好、易调整、免维护，无核辐射，测量精度高(优于千分之五)。
文档编号G01G11/00GK1391087SQ0212507
公开日2003年1月15日 申请日期2002年7月9日 优先权日2002年7月9日
发明者黄铭, 王树兴, 李攀, 罗清敏, 徐信荣, 陈玉林, 邓宇斌, 陈秋水, 王保平, 马映红, 金云英 申请人:云南昆船电子设备有限公司